目次
1. アルゴリズムの説明
UAV は、図 1 に示すように、一般的なクワッドローター無人航空機を使用します。
PID制御器、つまり制御器の制御方式は、P比例調整、I積分調整、D微分調整の 3 つの部分で構成されており、現在最も広く使用されている制御方式です。PIDコントローラーには、構造が単純で、性能が安定しており、パラメーター設定が簡単であるという利点があります。PIDコントローラーは、さまざまな制御対象を測定してシステム パラメーターを取得できない状況に適しており、制御対象の出力と基準制御変数の入力差に応じてリアルタイムで調整を行い、未知のパラメーターを効果的に制御します。コントロール オブジェクト。PIDコントローラーは、比例調整モジュール、積分調整モジュール、微分調整モジュールの 3 つの部分で構成され、入力誤差信号e(t)と出力u(t)の関係は式6です。
式4.15で、パラメーター kp は比例調整モジュールの係数を表し、その機能は、パラメーター kp に従ってシステムのフィードバック誤差e(t)を調整することであり、調整された制御オブジェクトのフィードバック誤差が減少します。 . 比例係数 kp が大きい場合、コントローラーの調整速度は速くなりますが、ジッターも大きくなりシステムが不安定になります。比例係数 kp が小さい値の場合、コントローラはゆっくりと速度を調整しますが、調整プロセスは比較的安定しています。
パラメータ ki は積分調整モジュールの係数を表し、その機能はシステムに存在する定常状態誤差を除去します. 定常状態誤差がある場合、定常状態が完全に除去されるまで積分調整モジュールを介して調整されます.エラーが発生すると、積分調整機能が動作しなくなり、積分調整モジュールが固定値を出力します。積分変調係数 ki がると、積分調整効果が強くなります。
パラメータkd は、主にシステム フィードバック エラーの変化率を調整する微分調整モジュールの係数を表し、高度な調整機能を備え、システム フィードバック エラーの変化率を予測できるため、エラーを除去できます。フィードバックエラーが発生する前に、微分調整パラメーターを設定することで、PIDコントローラーのオーバーシュートを減らし、システムの調整速度を加速することができます。
2.シミュレーション効果のプレビュー
matlab2022a のシミュレーション結果は次のとおりです。
UAV 姿勢制御システムをモデル化し、システム全体には主に 3 つのコア モジュール、UAV 空間位置制御モジュール、UAV 姿勢制御モジュール、および UAV ダイナミクス モジュールが含まれます。シミュレートされた UAV シミュレーション パラメーターは次のとおりです。
| パラメータ |
ユニット |
価値 |
| 質量m |
Kg |
0.468 |
| ハーフホイールベース l |
メートル |
0.225 |
| 抗力係数 kd |
N*m/rpm^2 |
1.5*10^-9 |
| 揚力係数 kt |
N/rpm |
6.11*10^-8 |
| X軸慣性モーメント Ix |
キロ*メートル^ 2 |
0.004856 |
| Y軸慣性モーメント Iy |
キロ*メートル^ 2 |
0.004856 |
| Z軸慣性モーメント Iz |
キロ*メートル^ 2 |
0.008801 |
3. MATLAB コア プログラム
UAV モデルには主に、ターゲット入力モジュール、位置制御モジュール、姿勢制御モジュール、姿勢変換モジュール、ダイナミクス モジュールの 5 つの部分が含まれます。その中で、UAV のコア モジュールは 6DOF (Euler Angles) によってモデル化されています. 6DOF (Euler Angles) モジュールは、地球基準系 (Xe, Ye, Ze) 回転係数。UAV の固定座標系の原点は UAV の重心であり、UAV は剛体であると仮定されます。この仮定により、個々の質量要素間の力を考慮する必要がなくなります。平面地球基準座標系は慣性座標系と見なされ、太陽に対する地球の軌道運動による力を無視します。モデルには、主に、初期のロール、ピッチ、ヨー、初期の p、q、r、およびXYZ 軸の慣性モーメントI x、I y、およびI z が入力されます。このうち、Roll、Pitch、Yaw、p、q、r の初期値はすべてゼロに設定され、慣性モーメントI x、I y、I z は表 1 のパラメーターに従って設定されます。
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m = 0.468;
g = 9.8;
Ixx = 0.004856;
Iyy = 0.004856;
Izz = 0.008801;
L = 0.225;
kd = 1.5*10^-9;
kt = 6.11*10^-8;
%姿态角和位置的六个PID控制器未训练的参数
%PID x
kpx = 0.8;
kix = 1e-4;
kdx = 1.3;
%PID y
kpy = 0.8;
kiy = 3e-4;
kdy = 1.3;
%PID z
kpz = 1.2;
kiz = 1e-6;
kdz = 2;
%PID phi
kpphi = 2000;
kiphi = 0;
kdphi = 4000;
%PID theta
kptheta = 2000;
kitheta = 0;
kdtheta = 4000;
%PID psi
kppsi = 800;
kipsi = 0;
kdpsi = 400;
05_065_m4. MATLAB を完成させる
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